LIGO
Upgrade für Gravitationswellen-Detektor
von Stefan Deiters
astronews.com
9. April 2008

Der Gravitationswellen-Detektor LIGO soll in den kommenden Jahren ein wichtiges Upgrade erhalten. Dafür stellte die amerikanische National Science Foundation jetzt insgesamt rund 205 Millionen Dollar über einen Zeitraum von sieben Jahren zur Verfügung. Mit Advanced LIGO soll die Empfindlichkeit des Detektors um den Faktor Zehn erhöht werden. Die Forscher hoffen dann auf fast tägliche Messungen von Gravitationswellen.

Die LIGO-Anlage in Livingston im US-Bundesstaat Louisiana. Foto: Caltech / LIGO

"Wir erwarten, dass wir mit dem neuen Instrument nahezu täglich Gravitationswellen detektieren werden", gibt sich Jay Marx vom California Institute of Technology zuversichtlich. Marx ist geschäftsführender Direktor des LIGO Laboratory. "Die Ergebnisse werden so gut sein, dass wir sie mit theoretischen Modellen von Neutronensternen und Schwarzen Löchern vergleichen können."

Gravitationswellen sind wellenförmige Verzerrungen in der Raumzeit, jenem Konstrukt, das nach Albert Einsteins Relativitätstheorie Raum und Zeit beschreibt. Sie entstehen durch äußert energiereiche Ereignisse im Universum, etwa bei der Kollision von zwei Schwarzen Löchern. Gravitationswellen werden von beschleunigten Massen ausgesandt, ganz so wie Radiowellen von beschleunigten Ladungen erzeugt werden.

"Diese Verzerrungen in der Raumzeit", so ergänzt David Reitze von der University of Florida, "treffen auch die Erde und bringen uns damit eine ganze Reihe von Informationen über das Ereignis bei dem sie entstanden sind sowie über die Natur der Schwerkraft, die auf andere Weise nicht zugänglich sind."

Gravitationswellen, von Albert Einstein vorausgesagt, wurden bislang noch nie direkt gemessen. Allerdings konnte man ihren Einfluss beispielsweise bei zwei sich umkreisenden Neutronensternen sehr genau messen. Die dabei gewonnen Daten stimmten hervorragend mit der Theorie überein, so dass sich die Wissenschaftler sehr sicher sind, dass die Wellen existieren. Der beste Beweis wäre aber natürlich die direkte Messung. Dies versuchen seit Jahren diverse Projekte auf der Erde, darunter auch das GEO600-Projekt, das einen kleinen Detektor bei Hannover betreibt.

Das Prinzip ist bei GEO600 und bei LIGO ähnlich. Der Detektor besteht aus zwei rechtwinklig angeordneten Tunneln, in denen Laserstrahlen zwischen Spiegeln hin- und her laufen. Die Tunnel treffen an einer Stelle aufeinander. Dort überlagern sich die Strahlen, wobei ein ganz bestimmtes Lichtmuster entsteht. Trifft eine Gravitationswelle auf den Detektor, zieht sie der Tunnel ein klein wenig in die Länge oder staucht ihn. Dadurch verändert sich die Laufstrecke der Laserstrahlen, sodass sie kurzzeitig ein anderes Lichtmister erzeugen.

Zusätzlich mit der angestrebten Empfindlichkeitserhöhung um den Faktor 10 wird Advanced LIGO auch in der Lage sein, einen größeren Frequenzbereich abzusuchen. Die Verbesserungen, so David Shoemaker vom Massachusetts Institute of Technology, Projektleiter von Advanced LIGO, "werden es uns erlauben, Daten, zu deren Gewinnung wir bislang ein Jahr benötigt haben, in wenigen Stunden zu erhalten." Die Gravitationswellen-Suche würde dadurch zu einem regelrechten Beobachtungsinstrument werden.

LIGO ist ein internationales Projekt, an dem auch deutsche Forscher beteiligt sind. So kommt aus Deutschland ein sehr stabiler Laser (astronews.com berichtete). Wissenschaftler aus Großbritannien liefern spezielle Bauteile für die Spiegel der Apparatur.

"Advanced LIGO wird eines der wichtigsten wissenschaftlichen Instrumente des 21. Jahrhunderts werden", meint Bernard F. Schutz vom Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) in Potsdam. "Wir vom deutsch-britischen GEO600-Projekt sind sehr erfreut darüber, dass wird durch unserer langjährige Zusammenarbeit mit LIGO einige Kerntechnologien für Advanced LIGO beitragen können, die wir zuvor mit unserem GEO600-Instrument getestet haben." Nach umfangreichen Tests soll Advanced LIGO 2014 mit wissenschaftlichen Beobachtungen beginnen.